Kio estas N-tipo duonkonduktoro?
Kio estas N-tipa duondukto?
Difino de N-tipa Duondukto
N-tipa duondukto difiniĝas kiel speco de duondukto, kiun oni dopis per pentavalentaj impurajoj por pligrandigi ĝian konduktivecon per aldonado de liberaj elektronoj.
Antaŭ ol kompreni, kio estas n-tipa duondukto, ni devus fokusigi nin sur la bazan atomsciencan. Atomoj celas havi ok elektronojn en sia plej ekstera orbito, sciataj kiel valentaj elektronoj. Ne ĉiuj atomoj atingas tion, sed ili ĉiuj strebas atingi ĉi tiun stabilan konfiguron.
La elektronoj en la plej ekstera orbito de atomo nomiĝas valentaj elektronoj. Se la plej ekstera orbito de atomo ne havas ok elektronojn, do estos tiom da malplenaj lokoj kiel la manko de elektronoj en la orbito. Ĉi tiuj malplenaj lokoj estas ĉiam pretaj akcepti elektronojn por plenigi ok elektronojn en la plej ekstera orbito de la atomo.
La plej ofte uzitaj duonduktantoj estas silicio kaj germanio. Silicio havas 14 elektronojn aranĝitajn kiel 2, 8, 4, dum germanio havas 32 elektronojn aranĝitajn kiel 2, 8, 18, 4. Ambaŭ duonduktantoj havas kvar elektronojn en sia plej ekstera orbito, lasante malplenajn lokojn por kvar pliaj elektronoj.
Ĉiu el la kvar valentaj elektronoj en silicio aŭ germanio formigas kovalentan ligon kun najbaraj atomoj, plenigante la malplenajn lokojn. Ideale, ĉiuj valentaj elektronoj en kristalo de duondukto estas enkovolucitaj en kovalentaj ligoj, do ne devus esti libraj elektronoj en la kristalo.
Sed ĉi tio ne estas la reala okazo. Je absoluta 0o Kelvin ne estus iu ajn libra elektrono en la kristalo, sed kiam la temperaturo pligrandigas de absoluta nul al ĉambrotemperaturo, numeroj de valentaj elektronoj en la ligoj estas termike ekscititaj kaj eliras el la ligo, kaj generas certan nombron de libraj elektronoj en la kristalo. Ĉi tiuj libraj elektronoj kaŭzas la konduktivecon de duondukta materialo je iu ajn temperaturo pli alta ol absoluta nul.
Estas metodo por pligrandigi la konduktivecon de duonduktoj je iu ajn temperaturo pli alta ol absoluta nul. Ĉi tiu metodo nomiĝas dopado. En ĉi tiu metodo pura aŭ intrinseka duondukto dopiĝas per pentavalentaj impurajoj kiel antimonio, arseniko kaj fosforo. Ĉi tiuj impuraĵatomoj anstataŭigas kelkajn duonduktaĵatomojn en la kristalo kaj okupas iliajn poziciojn. Kiel la impuraĵatomoj havas kvin valentajn elektronojn en la plej ekstera orbito, kvar el ili kreos kovalentan ligon kun kvar najbaraj duonduktaĵatomoj.
Unu valenta elektrono de la impuraĵatomo ne ricevas ŝancon partopreni en kovalentan ligon kaj iĝas pli malstrekte ligita kun matroca impuraĵatomo. Je ĉambrotemperaturo, ĉi tiuj malmulte ligitaj kvinaj valentaj elektronoj de impuraĵatomoj povas eliri el sia pozicio pro termika ekscito.
Pro ĉi tiu fenomeno, estos konsiderinda nombro de libraj elektronoj, sed ankoraŭ estas rompoj de kovalentaj ligoj en la kristalo pro termika ekscito je ĉambrotemperaturo. La libraj elektronoj krom libraj elektronoj kreitaj pro la rompo de duondukto al duondukto kaj duondukto al impurajoj kovalentaj ligoj kaŭzas la tutan nombron de libraj elektronoj en la kristalo.
Ankoraŭ, ĉiam kiam libra elektrono estas kreita dum la rompo de duondukto al duondukto kovalenta ligo, estas malplena loko kreita en la rompita ligo. Ĉi tiuj malplenaj lokoj referiĝas kiel truoj. Ĉiu el ĉi tiuj truoj konsideriĝas kiel pozitiva ekvivalento de negativa elektrono, ĉar ĝi estas kreita pro manko de unu elektrono. Ĉi tie elektronoj estas ĉefaj movadkapablaj ŝarĝportantoj. En n-tipa duondukto estos ambaŭ libraj elektronoj kaj truoj.
Sed la nombro de truoj estas multe pli malgranda ol tiu de elektronoj, ĉar truoj estas kreitaj nur pro la rompo de duondukto al duondukto kovalenta ligo, dum libraj elektronoj estas kreitaj ambaŭ pro malmulte ligitaj neniel ligitaj kvinaj valentaj elektronoj de impuraĵatomoj kaj la rompo de duondukto al duondukto kovalentaj ligoj.
Do, la nombro de libraj elektronoj >> nombro de truoj en n-tipa duondukto. Pro tio, libraj elektronoj nomiĝas ĉefaj portantoj, kaj truoj minoritaj portantoj en n-tipa duondukto. Kiel negativŝarĝitaj elektronoj ĉefe envolviĝas en ŝarĝtransporto tra ĉi tiu duondukto, ĝi referiĝas kiel negativa tipo aŭ n-tipa duondukto. Kvankam estas multe da libraj elektronoj en la kristalo, ĝi ankoraŭ estas elektrone neutra, ĉar la tuta nombro de protonoj kaj la tuta nombro de elektronoj egalas.
